基于單片機步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、X0001式禪7%/孝郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名：李XX學(xué)號：0841020000專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計（論文）題目：基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)教師：章XX2012年3月1日頁腳內(nèi)容0X0001畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述1.4a»aj-h±一±aa占j-hIaa-占占a»aj-h±一占4占占占占aa-占占a»aj-h±一占4占占占占aa-占占a»aj-h±一占4占占占占aa-

2、占占a»aj-h±一占aa占占占aa-占占a»aj-h±一占4占占占占占aa-占占&一上占占一占4占占占占aa-占4a»a上占占一aaa占占占aa-占4a»a上占占一a4占占占占aa-占4a»a上占上文獻綜述一.步進電機控制系統(tǒng)研究背景步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。因此非常適合

3、單片機控制。步進電機作為控制執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領(lǐng)域。例如，在儀器儀表，機床設(shè)備以及計算機的外圍設(shè)備中（如打印機和繪圖儀等），凡需要對轉(zhuǎn)角進行精確控制的情況下，使用步進電機最為理想。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。以前的步進電機控制系統(tǒng)采用分立元件的控制回路，或者集成電路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路，不利于系統(tǒng)的改進升級?；谖⑿蛦纹瑱C的控制系統(tǒng)則通過軟件來控制步進電機，能夠更好地發(fā)揮步進電機的潛力。因此，用微型單片機控制步

4、進電機己經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代發(fā)展要求。二.國內(nèi)外研究步進電機控制系統(tǒng)概況我國數(shù)控機械和普通機床的微機改造中大多數(shù)均采用開環(huán)步進電機控制系統(tǒng)，為了適應(yīng)一些領(lǐng)域中高精度定位和運行平穩(wěn)性的要求，我國改革開放初期研究步進電機細分驅(qū)動技術(shù)，細分驅(qū)動是指在每次脈沖切換時，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中電流的一部分，電動機的合成磁勢也只旋轉(zhuǎn)步距角的一部分。細分包括振蕩器、環(huán)行分配器控制的細分驅(qū)動。另外還有基于單片機斬波恒流驅(qū)動、基于單片機的直流電壓驅(qū)動三種常見驅(qū)動方式，除上述三種步進電機的驅(qū)動方案之外，目前報道的驅(qū)動方案還有根據(jù)匯編語言或C語言進行軟件開發(fā)，通過串

5、行或并行通行的方式實現(xiàn)頁腳內(nèi)容1X0001畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告pC機與步進電機控制器之間的數(shù)據(jù)通信，最終實現(xiàn)由PC機直接控制步進電機的方法。國外對步進電機的研究一直很活躍。目前，國外對步進電機的控制和驅(qū)動的一個重要發(fā)展方向是大量采用專用芯片，結(jié)果是大大縮小驅(qū)動器的體積，明顯提高了整機的性能。比較典型的芯片有兩類：一類芯片的核心是用硬件和微程序來保證步進電機實現(xiàn)合理的加減速過程，同時完成計長走步、正反轉(zhuǎn)等。對于開環(huán)使用的步進電機，實現(xiàn)合理的加減速過程便可使其達到較高的運行頻率而不失步或過沖。例如日本的ppmc101b便是這種芯片。采用這類專用集成電路可驅(qū)動35相電路，可選擇勵磁方式，轉(zhuǎn)速精確

6、，設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍寬、加減速的過渡時間及上升陡度可根據(jù)負載選定，此外還有單步運轉(zhuǎn)和不同的停止方式。三.步進電機控制的發(fā)展趨勢隨著自動控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在眾多領(lǐng)域中的進一步應(yīng)用與發(fā)展以及數(shù)字化、智能化技術(shù)的日益發(fā)展，步進電機將會在更加深入廣泛的領(lǐng)域中得以應(yīng)用，并且其控制系統(tǒng)也將隨之發(fā)展，尤其是智能化應(yīng)用技術(shù)方向的發(fā)展將會成為步進電機下一階段的發(fā)展趨勢。四.本課題的目的及研究內(nèi)容、研究意義步進電機最大的應(yīng)用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。目前，在數(shù)控生產(chǎn)等應(yīng)用領(lǐng)域，有三分之二以上采用的是步進電機

7、作為伺服控制系統(tǒng)的控制電機的。因此，如何改善步進電機的控制方法以提高定位系統(tǒng)的定位精度，成為提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。所以本項設(shè)計，通過AT89C511片機及脈沖分配器（又稱邏輯轉(zhuǎn)換器）PMM8713完成步進電機各種運行方式的控制。實現(xiàn)步進電機在三拍、六拍工作方式下的正反轉(zhuǎn)控制、無級調(diào)速控制等功能，cpu運行速度大為加快，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，能達到提高系統(tǒng)定為精度，減少響應(yīng)時間，減小整體體積的目的，使得步進電機在開環(huán)控制系統(tǒng)里就能實現(xiàn)精確地控制，對改進數(shù)控機床的加工精度有重大意義。整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，通過人機交互接口可實現(xiàn)各功能設(shè)置，操作簡單，易于掌握。對于提高頁腳內(nèi)容2X0

8、001畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告工業(yè)精密定位技術(shù)，進行產(chǎn)品革新、擴大生產(chǎn)和提高良品率和國際經(jīng)濟競爭力有著重要的現(xiàn)實意義。采用單片機來控制步進電機，實現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。用環(huán)形分配器代替軟件控制，達到了對步進電機的最佳控制。系統(tǒng)中采用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅(qū)動線路。由于單片機的強大功能，還可設(shè)計大量的外圍電路，鍵盤作為一個外部中斷源，設(shè)置了步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對步進電機的最佳控制，顯示器及時顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。本方案有以下優(yōu)點：（1）單片機軟件編程可以使復(fù)雜的控制過程實現(xiàn)自動控制和精確控制，避免了失步

9、、振蕩等對控制精度的影響；（2）使用環(huán)形分配器ppm8713代替軟件分配，減少了對單片機cpu資源的占用，提高了運行速度；（3）單片機的強大功能使顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路等外圍電路有機的組合，大大提高系統(tǒng)的交互性。頁腳內(nèi)容3X0001畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告參考文獻：1胡乾斌，李光斌，李玲等.單片微型計算機原理與應(yīng)用M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20042王炳實.機床電氣控制M.第3版.北京：機械工業(yè)出版社,2004.3顧純谷主編.電機及拖動基礎(chǔ)(上、下冊)M.北京：機械工業(yè)出版社，1980.4黃勇，廖宇，高林.基于單片機的步進電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計J.電子測量技術(shù)，2008,(05).5王

10、永華.現(xiàn)代電氣及可編控制技術(shù)M.北京：航空航天大學(xué)出版社,2002.6丁偉雄,楊定安，宋曉光.步進電機的控制原理及其單片機控制實現(xiàn)J.煤礦機械,2005,(06).7馮冬青，謝宋和.模本智能控制M.北京：化工工業(yè)出版社，19988陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，20009魏衍波，王桂蓮，魏天路.單片機的步進電機控制系統(tǒng)研究J.防爆電機，2005,(04).10陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，200011王德安，常春玲.基于單片機的步進電機控制J.自動化與儀表，2005,(03).12鄧星鐘，周祖德，鄧堅.機電傳動控制(第二版)M.武漢：華中理工大學(xué)出

11、版社，1998頁腳內(nèi)容4X0001畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）1 .本課題要解決的問題1、通過鍵盤可設(shè)定步進電機轉(zhuǎn)速；2、通過“啟動/暫?！辨I控制電機啟停；3、通過“正向”和“反向”按鍵改變電機的轉(zhuǎn)向；4、通過位置檢測光耦和光碼盤控制步進電機某一位置停轉(zhuǎn)。2 .本課題擬采用的研究手段（途徑）1、設(shè)計手段（途徑）1、收集、整理相關(guān)本畢業(yè)設(shè)計的資料，熟練掌握單片機以及本設(shè)計相關(guān)的各類芯片的引腳、電器元件的功能，做出設(shè)計方案，對各種方案進行比較，選出最優(yōu)方案，做好設(shè)計準備。2、利用proteldxp2004繪制各模塊電路圖以及系統(tǒng)整體電路圖，理解電路

12、原理，掌握工作過程。3、編寫本設(shè)計的C語言程序，并用模擬軟件進行仿真運行，遇到問題時反復(fù)修改直到調(diào)試出最終的正確結(jié)果。2、設(shè)計思路系統(tǒng)電路由電源電路、復(fù)位電路、位置檢測電路、晶振、步進電機、按鍵電路、驅(qū)動電路、單片機、顯示電路等組成。由AT89C51單片機送出時鐘脈沖和方向電平到環(huán)形分配器PPM8713PPM871配專用的步進電機的步進脈沖產(chǎn)生芯片，它適用于三相和四相步進電機。環(huán)形分配器輸出三相脈沖信號經(jīng)一級光電隔離器與步進電機工作強電隔離，提高了系統(tǒng)抗干擾能力。使用功率放大器來提供步進電機的工作電流，將光電隔離器傳送的弱電信號變?yōu)閺婋娦盘査屯竭M電機，步進電機能夠正常運行。用按鍵設(shè)定步進電機的啟停、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向都可以在動態(tài)運行中進行，轉(zhuǎn)速數(shù)值及轉(zhuǎn)向都在LED數(shù)碼管中動態(tài)顯示。單片機利用外部中斷來檢測光耦中斷口和鍵盤/顯示器接口芯片8279中斷口。系統(tǒng)框圖如下。頁腳內(nèi)容5X0001畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告電源2電源14x4按鍵4位八段LED數(shù)碼管